微機原理與接口技術（第3版）習題與答案 第13章

微機原理與接口技術（第3版）習題答案第13章習題答案13-1什么是總線？其特點是什么？【解答】總線是一組公用信號線的集合，是一種在各模塊或各設備間傳送信息的公共通路。總線的特點是：(1)共享性所謂共享性表現為總線是一組公共信號線，在總線上掛接多個芯片或部件，并分時享用總線。單根信號線不能稱為總線，兩個芯片或部件之間的多根信號線也不能稱為總線。(2)可擴展性所謂可擴充性表示在總線上的信號線一般具有通用性，像數據總線、地址總線和控制總線都具有通用性，使連接的部件有較強兼容性，方便系統(tǒng)功能模塊擴展。(3)競爭仲裁共享必然引起爭用，總線在爭用的基礎上工作，爭用處理是總線分時共享的策略。總線設計為爭用解決設計算法，合理分配各共享資源的總線占用。13-2根據微型計算機系統(tǒng)不同層次，微型機系統(tǒng)中共有哪幾類總線?根據總線長度區(qū)分，總線可分為哪幾類總線?【解答】根據微型計算機系統(tǒng)不同層次，微型機系統(tǒng)中共有四類總線，分別為：片內總線、系統(tǒng)總線、局部總線及外部總線。根據總線長度區(qū)分，總線可分為：毫米級芯片內總線、厘米級芯片間總線、分米級機箱內總線（如ISA、PCI、I2C及SPI等）、十米級機柜間總線（RS232、VXI等）及千米級現場總線（FF、Profibus等）。13-3試說明ISA、PCI和USB總線的主要特點和用途?！窘獯稹縄SA的主要特點為：①I/O空間0100H～03FFH；②24位地址線(16MB尋址空間)；③時鐘頻率8MHz，數據傳輸率16MB/s；④提供11個中斷請求輸入，7個DMA通道；⑤采用單總線結構，數據總線最高16位；⑥采用獨立請求式的總線裁決，靜態(tài)優(yōu)先級算法；⑦數據同步傳送；⑧總線時鐘是系統(tǒng)主板頻率的1/8。主要用途為：ISA總線用于連接插件板，它以通道形式經過擴充和再驅動而連接到擴充槽上，擴充插槽固定在系統(tǒng)主板上，每個系統(tǒng)主板上有多個ISA插槽，滿足不同需求和功能的插件板(顯示卡、聲卡、網卡等)可插入ISA總線插槽中。PCI主要特點為：①高總線帶寬，最高時鐘速率為33MHz，32位和64位兩種數據通道；②多總線結構，可與ISA、EISA和MCA微通道等多種總線兼容；③支持Pentium微處理器的成組數據傳送方式；④允許多處理器工作，支持總線主控方式，允許多處理器中的任何一個成為總線主控設備，對總線操作進行控制。⑤具有自動配置能力，配置軟件能夠自動地根據當前系統(tǒng)的使用狀況，分配未被使用的地址和中斷，以解決可能出現的沖突。⑥實現觸發(fā)級的中斷，這種中斷支持中斷共享。⑦PCI總線支持高達10個外圍設備，而且其中的某些外圍設備必須嵌入到系統(tǒng)主板上。主要用途：PCI是高速外圍總線，又是至關重要的層間總線，將計算機主板上的各層總線“粘合”成一個整體。USB主要特點為：①共享性：具有廣泛的應用性，適應不同的設備，傳輸率從幾kbps到幾Mbps，乃至上百Mbps，并在同一根電纜上支持同步、異步兩種傳輸模式。②實時性：與PC產業(yè)的發(fā)展相一致，具有簡單而完整的協(xié)議。實現了現今PC所要求的即插即用的體系結構，并與現有的操作系統(tǒng)相適應，不會產生任何沖突。③動態(tài)性：其電纜連接和連接頭只有單一的模型，電氣特性與用戶無關?？梢宰孕袡z測外設，自行進行設備設置和驅動，提供動態(tài)連接、動態(tài)識別等特性。④聯合性：可以對多個設備同時進行操作，最多可接127個外圍設備，在主機和設備之間可傳輸多個數據和報文，并利用底層協(xié)議，提高了總線利用率。將外設和主機硬件進行了最優(yōu)集成，并提供低價的電纜和連接頭等設備，因而也促進了低價外設的發(fā)展。⑤容錯性：在協(xié)議中規(guī)定了出錯處理和差錯恢復的機制，可以對有缺陷的設備進行認定，對錯誤的數據進行恢復或報告。⑥多能性：各個不同的接口可以使用不同的供電模式。主要用途：USB總線為計算機各模塊間的通信提供了共享的通道。USB總線解決了一些相對較慢設備的I/O操作需要。13-4PCI總線是通過什么與微處理機連接的？【解答】微處理機以及存儲器子系統(tǒng)與PCI總線以及擴展總線之間是各自獨立的、非耦合的關系。所有的PCI總線上部件都與PCI總線相連,然后再經由PCI總線橋依次與微處理機相連。13-5試說明PCI局部總線結構中，遺留總線是通過什么與微處理器連接的？【解答】遺留總線與PCI總線之間有一個PCI/遺留總線橋，將兩個總線連接在一起。微處理機以及存儲器子系統(tǒng)與PCI總線以及擴展總線之間是各自獨立的、非耦合的關系。所有的PCI總線上部件都與PCI總線相連,然后再經由PCI總線橋依次與微處理機相連。13-6什么是USB串行總線？【解答】USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)是由COMPAQ、DIGITALEQUIPMENT、IBM、Intel、Microsoft、NEC等七家公司共同開發(fā)的一種新型的外設連接技術，它在傳統(tǒng)計算機組織結構的基礎上，引入了網絡的某些技術，以最終解決和簡化計算機與外部設備的連接。總線為計算機各模塊間的通信提供了共享的通道。USB總線解決了一些相對較慢設備的I/O操作需要。13-7USB串行總線是通過什么與微處理器連接的？【解答】USB支持熱插拔（Hotplug）和即插即用(Plug&Play)。當設備插入時，主機枚舉（enumerate）此設備并加載所需的驅動程序。USB的主機控制器(HOST)永遠連接在PC的USB端上，所有的其他連接到主機控制器(HOST)上的都稱為設備，設備與設備之間是無法實現直接通信的，只有通過主機控制器(HOST)的管理與調節(jié)才能夠實現數據的互相傳送。在系統(tǒng)中，通常會有一個根集線器(HUB)，這個根集線器一般有兩個下行的端口。USB的設備處于USB結構的末端，可以直接接在PC上的任意的USB接口上；也可使用集線器擴展，使更多的USB設備連接到系統(tǒng)中。USB的集線器有一個上行端口，有多個下行端口(連接其他的設備)，從而可以使整個系統(tǒng)可以擴展連接127個外設，其中HUB也算外設。13-8USB串行總線體系結構分幾層？每層的作用是什么？【解答】分為三層，分別是物理層、鏈路層、應用層。作用：物理層總線接口包括機械、電氣、功能和規(guī)程等定義。鏈路層是主控設備(HOST)系統(tǒng)與USB設備之間建立的端點到端點的傳送協(xié)議，它能接收上層應用層下達的無USB格式的控制命令和數據信息，并將其封裝成USB格式，發(fā)送到物理層；它還能接收下層傳送來的USB格式的狀態(tài)和數據幀，并將USB幀撤封，轉換成無USB的數據格式，傳送給上層。應用層是用管道進行操作的。一個USB管道是設備上的一個端點和主機上的軟件的結合體。13-9SCSI總線的主要特點是什么？【解答】SCSI主要特點：①SCSI是一種低成本的通用多功能的計算機與外部設備并行外部總線，可以采用異步傳送，當采用異步方式傳送8位的數據時，傳送速率可達1.5MB/s。也可以采用同步傳送，速率達5MB/s。其下一代SCSI-2(fastSCSI)的速率為10MB/s；UltraSCSI的傳輸速率為20MB/s；Ultra-WideSCSI(即數據為32位寬)的傳送速率高達40MB/s。②SCSI的啟動設備(命令別的設備操作的設備)和目標設備(接受請求操作的設備)通過高級命令進行通信，不涉及外設的物理層如磁頭、磁道、扇區(qū)等物理參數，所以不管是否與磁盤或CD-ROM接口，都不必修改硬件和軟件，是一種連接很方便的通用接口。它也是一種智能接口，對于多媒體集成接口此標準更顯重要。③當采用單端驅動器和單端接收器時，允許電纜可長達6m；當采用差動驅動器和差動接收器時，允許電纜可長達25m。總線上最多可掛接8臺總線設備(包括適配器和控制器)。但在任何時刻只允許兩個總線設備進行通信。目前數據寬度有8位和32位兩種。13-10試說明微機中采用AGP總線的原因?！窘獯稹緼GP以PCI為基礎，但在物理上、電氣上和邏輯上獨立于PCI。與PCI帶有多個連接器(插槽)的真正總線不同，AGP是專為系統(tǒng)中一塊視頻卡設計的點到點高性能連接，只有一個AGP插槽可以插入單塊視頻卡。AGP是一種高速連接，以66MHz的基頻運行(實際為66.66MHz)，為標準PCI的兩倍。由于AGP獨立于PCI，使用AGP視頻卡將省出PCI總線用于更多的傳統(tǒng)輸入/輸出，如IDE/ATA或SCSI控制器、USB控制器、聲卡等。除了能獲得更快的視頻性能，AGP還允許視頻卡與系統(tǒng)RAM直接進行高速連接。這將允許AGP視頻卡直接存取系統(tǒng)RAM，減少了越來越多視頻內存的需求。AGP將使視頻卡的速度能滿足高速3D圖形渲染，以及將來在PC上顯示全活動視頻的需要。13-11請對I2C、SPI兩種總線標準進行比較?！窘獯稹竣買2C總線不是全雙工，2根線SCLSDA。SPI總線實現全雙工，4根線SCKCSMOSIMISO②I2C總線是多主機總線，通過SDA上的地址信息來鎖定從設備。SPI總線只有一個主設備，主設備通過CS片選來確定從設備。③I2C總線傳輸速度在100kbps-4Mbps。SPI總線傳輸速度更快，可以達到30MHZ以上。④I2C總線空閑狀態(tài)下SDASCL都是高電平。SPI總線空閑狀態(tài)MOSIMISO也都是SCK是有CPOL決定的⑤I2C總線SCL高電平時SDA下降沿標志傳輸開始，上升沿標志傳輸結束。SPI總線由SCLK提供時鐘脈沖，MOSI，MISO則基于此脈沖完成數據傳輸。數據在時鐘上升沿或下降沿時改變，在緊接著的